常见的八种运算放大器原理简述

目前市场运放种类繁多，面对不同的使用条件和环境，是否都能选择一样的运放呢？没关系，这是很多电子工程师都会困惑的问题，接下来为你揭开运放选型的神秘面纱：

运算放大器的原理简述：

运算放大器是目前应用最广泛的一种器件，虽然各中不同的运放结构不同，但对于外部

电路而言，其特性都是一样的。运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间

级，输出级，其中输入级一般是采用差动放大电路(抑制电源)，中间级一般采用有源负载的共射负载电路(提高放大倍数)，输出级一般采用互补对称输出级电路(提高电路驱动负载的能力)，这里只是简单的介绍一下，具体的实现比较复杂。

工业上，用来衡量一个运算放大器的性能的指标有很多，一般认为实际运算放大器越接近理想运放就越好，课堂上我们涉及到的只是要求输入端等效电阻无穷大，开环增益无穷大。其实还有很多其他的指标，我就简要介绍下吧，运算放大器的性能指标包括5个，开环差模电压放大倍数，最大输出电压，差模输入电阻，输出电阻，共模抑制比CMRR。(开环差模放大倍数是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。最大输出电压是指它是指一定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰--峰值。差模输入电阻的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号源索取电流的大小。要求它愈大愈好。输出电阻的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。共模抑制比放映了集成运放对共模输入信号的抑制能力，其定义同差动放大电路。CMRR越大越好。)

按照集成运算放大器的参数来分，集成运算放大器可分为如下几类：

1.通用型运算放大器

通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。

常见运放：

μA741(单运放)、LM358(双运放)、LM324(四运放)及以场效应管为输入级的LF356都属于此种，它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。

2.高精密运算放大器

精密运算放大器一般指失调电压低于1mV的运放并同时强调失调电压随温度的变化漂移值要小于100V。

常见运放：

最常用的精密运放就是OP07，以及它的家族，OP27，OP37，OP177，OPA2333。其他的还有很多，比如美国AD公司的产品，很多都是OPA带头的。

特点： 精密运算放大器的性能比一般运放好很多，比如开环放大倍数更大，CMRR更大，速度比较慢，GBW，SR一般比较小。失调电压或失调电流比较小，温度漂移小，噪声低等，一般运放的失调往往是几个mV，而精密运放可以小到1uV的水平。

3.高阻性集成运算放大器

在通用型无法满足特殊的应用要求的情况下，高阻型运算放大器才产生的。

特点： 差模输入阻抗高。输入级采用了JFET和BJT构成了差动输入级。用FET也就是场效应管作为输入级，不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电压较大。

常见运放：

目前市场上常见的高阻型运算放大器包括LF355、LF347(四运放)、CA3130和CA3140(其输人阻抗更高)等。

4.低温漂型运算放大器

在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。

常用运放：

常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET 组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。

5.高速型运算放大器

高速型运放在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转换速率SR一定要高,单位增益带宽BWG一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。

特点： 具有高的转换速率和宽的频率响应。

常见运放：

常见的运放有LM318、mA715等,其SR=50~70V/us,BWG>20MHz。

6.低功耗型运算放大器

低功耗型运放由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携运算放大器式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。

常见运放：

常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等,其工作电压为±2V~±18V,消耗电流为50~250mA。目前有的产品功耗已达微瓦级,例如ICL7600的供电电源为1.5V,功耗为10mW,可采用单节电池 供电。

7.高压大功率运算放大器

运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中，输出电压的最大值一般只有几十伏，输出电流也仅有几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流，集成运放外部必须要加辅助电路。

特点:

高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路，即可输出高电压和大电流。例如，D41集成运放的电源电压可达±150V，MA791集成运放的输出电流可达1A。一般工业控制，尤其是大型的工业控制，就会用到这种高压大功率型的运放。在没有特殊要求的场合,尽量选用通用型集成运放,这样既可降低成本,又容易保证货源。当一个系统中使用多个运放时,尽可能选用多运放集成电路 ,例如LM324、LF347等都是将四个运放封装在一起的集成电路。

总结：

模拟运算放大器从诞生至今，已有 40多年的历史了。运算放大器最早被设计出来的目的是用来进行加、减、微分、积分的模擬数学运算，因此被称为“运算放大器。直流放大电路在工业技术领域中，特别是在一些测量仪器和自动化控制系统中应用非常广泛。如在一些自动控制系统中，首先要把被控制的非电量(如温度、转速、压力、流量、照度等)用传感器转换为电信号，再与给定量比较，得到一个微弱的偏差信号。

因为这个微弱的偏差信号的幅度和功率均不足以推动显示或者执行机构，所以需要把这个偏差信号放大到需要的程度，再去推动执行机构或送到仪表中去显示，从而达到自动控制和测量的目的。因为被放大的信号多数变化比较缓慢的直流信号，分析交流信号放大的放大器由于存在电容器这样的元件，不能有效地耦合这样的信号，所以也就不能实现对这样信号的放大。能够有效地放大缓慢变化的直流信号的最常用的器件是运算放大器。

运放最早被发明作为模拟信号的运算(实现加减乘除比例微分积分等)单元，是模拟电子计算机的基本组成部件，由直空电子管组成。目前所用的运算放大器，是把多个品体管组成的直接耦合的具有高放大倍数的电路，集成在一块微小的硅片上。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。